PROSES PRODUKSI ENERGI LISTRIK PADA PLTA

Pipa pesat PLTA Bengkok Dago

Silahkan Klik Topik Lainnya :

Kegiatan Lingkungan dan Fakultas Teknik,  Wisata Padang Sumatra Barat,  Umroh Makkah Madinah,  Wisata Singapore,  Wisata Phuket Thailand,  Wisata Karimunjawa,  Wisata Malang Bromo,  Wisata Ende Flores,  Wisata Tidung Kepulauan Seribu,  Wisata Pangandaran,  Wisata Bandung, Wisata Malang Batu,  Wisata Melaka Kuala Lumpur, Wisata Penang Malaysia

Pada dasarnya energi adalah suatu besaran yang dimiliki oleh setiap benda yang ada di alam ini, namun dari energi yang dikandung oleh setiap benda tersebut ada yang dapat dimanfaatkan dengan mudah dan ada yang memerlukan usaha yang keras untuk memanfaatkannya.  Memang untuk dapat menganbil manfaat dari energi yang terkandung pada suatu benda diperlukan adanya suatu proses perubahan atau konversi energi terlebih dahulu sehingga dapat bermanfaat dan berdaya guna.

Panas merupakan suatu bentuk energi yang dimiliki atau terkandung pada bahan bakar seperti batubara atau minyak bumi.  Namun energi panas yang terkandung pada bahan bakar tersebut baru akan berguna jika telah melalui suatu proses perubahan atau konversi energi.  Minyak bumi mengandung energi panas yang akan muncul lewat suatu proses pembakaran.  Proses paling sederhana untuk pemanfaatan bahan bakar minyak misalnya jika kita memakai minyak tanah (kerosin) pada kompor minyak tanah.  Pembakaran minyak tanah akan menghasilkan panas yang dapat dipakai untuk memasak makanan dan minuman. 

Proses konversi energi lain yang sangat kita kenal adalah pada kendaraan bermotor dimana bahan bakar minyak berupa premium atau solar dipakai pada kendaraan bermotor. Premium atau solar tersebut merngalami proses pembakaran pada ruang bakar mesin kendaraan bermotor. Dengan adanya pembakaran bahan bakar maka akan timbul gaya dorong yang menimbulkan gerak translasi pada piston, gerakan translasi piston tersebut selanjutnya oleh poros engkol (crankshaft) diubah menjadi gerakan putar yang diteruskan pada ban kendaraan bermotor sehingga menjadi alat transportasi yang dapat membawa manusia dan barang ke tempat yang diinginkan. Proses konversi energi dari bahan bakar menjadi gerakan kendaraan bermotor tersebut merupakan contoh pemanfaatan energi setelah diubah (dikonversi) pada bentuk energi lainnya yang lebih bermanfaat.

Salah satu bentuk energi yang sangat mudah dimanfaatkan bagi kehidupan manusia pada zaman modern ini adalah energi listrik. Energi listrik ini sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia , mulai dari lingkungan rumah tangga sebagai alat penerangan, peralatan rumah tangga seperti pompa, kipas angin, rice cooker, air condition, radio, televise, computer, alat-alat hiburan,  sampai di pabrik-pabrik dan industry, transportasi, kesehatan, pertanian, komunikasi, dan berbagai bidang kehidupan lainnya, tidak akan terlepas dari pemanfaatan tenaga listrik.

Batubara misalnya merupakan sumber  energi panas yang besar, energi panas tersebut akan muncul jika terjadi proses pembakaran. Namun jika energi batubara tersebut diubah menjadi energi listrik maka pemanfaatannya akan menjadi sangat beragam dan jauh berguna, karena sebagaimana disebutkan di atas, energi listrik  mempunyai kegunaan yang sangat besar pada berbagai bidang kehidupan.

Proses perubahan energi panas yang terkandung pada batubara tersebut menjadi energi listrik berlangsung pada sebuah pembangkit tenaga listrik, yaitu pada sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) berbahan bakar batubara. Dengan demikian kita mengenal berbagai macam Pembangkit Listrik yang berfungsi untuk mengubah atau mengkonversi energi-energi primer menjadi energi listrik.  Jenis-jenis pembangkit listrik lainnya adalah PLTU minyak, PLTU gas, PLTG, PLTP, PLTN dan PLTA.

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR

PLTA adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan air sebagai energi primernya. Pada dasarnya energi air yang dimanfaatkan tersebut adalah energi potensial , yaitu energi yang berdasarkan pada perbedaan ketinggian. Energi potensial tersebut akan timbul jika air mengalir dari tempat yang tinggi menuju ke tempat yang lebih rendah. Energi aliran air tersebut dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin air yang dihubungkan dengan sebuah generator listrik. Putaran generator tersebut selanjutnya diubah menjadi energi listrik.

Untuk dapat memahami proses perubahan dari energi potensial air menjadi energi listrik yang berlangsung pada suatu PLTA, berikut kita lihat suatu gambar skematik yang memperlihatkan susunan bangunan, khususnya saluran air (waterway) pada suatu PLTA. Dalam hal ini penulis mengambil contoh saluran air pada PLTA Musi.   Sedangkan gambar selanjutnya merupakan gambar potongan yang lebih rinci  pembangkit listrik tenaga air mulai dari bendungan, pipa pesat, turbin, generator, trafo dan transmission line.

Gambar skematik Waterway PLTA Musi dari Intake  ke  Reregulating Dam / RRD

 (sumber PLN Sektor Bengkulu)

Gambar potongan  PLTA (sumber HowstuffWorks  2001)

Suatu PLTA biasanya dibangun pada suatu sungai yang mempunyai terjunan air sehingga terdapat perbedaan ketinggian air antara bagian hulu sungai dengan sebelah hilirnya. Semakin besar beda ketinggiannya maka akan semakin besar energi listrik yang dapat dibangkitkan oleh PLTA tersebut. Agar terdapat perbedaan ketinggian yang lebih besar pada suatu PLTA biasanya dibuat waduk dengan cara membendung aliran sungai sehingga elevasinya naik, waduk juga berfungsi untuk menampung dan menyimpan air sehingga dapat dimanfaatkan pada musim kemarau dimana aliran air di sungai tidak cukup untuk mengoperasikan PLTA.

Waduk PLTA Cirata

Waduk tersebut sebenarnya adalah sebuah danau yang dibuat dengan cara membuat bendungan pada  sungai. Dengan demikian jika PLTA tersebut memanfaatkan air dari danau alam, maka tidak perlu lagi dibuat bendungan atau waduk.  Selanjutnya air yang tertampung pada waduk atau danau alam dialirkan melewati pintu pengambilan air (intake) melewati saluran air. Saluran air yang mendatar tersebut dapat berupa saluran terbuka (open channel), maupun saluran tertutup (tunnel), jika merupakan saluran tertutup disebut sebagai saluran tekan (headrace tunnel) selanjutnya dialirkan melalui pipa pesat (penstock).

Sebelum melalui pipa pesat, air biasanya melewati bangunan yang disebut tangki pendatar (surge tank) yang berfungsi sebagai pengaman pipa pesat apabila terjadi perubahan tekanan secara tiba-tiba pada pipa pesat akibat beroperasinya katup utama (inlet valve). Namun jika pipa pesat tidak terlalu panjang seperti pada gambar kedua, maka tidak diperlukan tangki pendatar. Setelah melewati pipa pesat, air masuk ke turbin air melalui katup utama yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran air dari pipa pesat ke turbin. Air tersebut memutar sudu-sudu turbin (runner) dan kembali ke sungai melalui saluran pembuangan akhir (tailrace).

Poros turbin yang berputar tersebut dikopel dengan suatu generator sehingga generator ikut berputar dan menghasilkan energi listrik pada tegangan tertentu sesuai dengan generatornya. Selanjutnya tegangan tersebut dinaikkan pada trafo utama (main transformer). Listrik yang telah dinaikkan tegangannya oleh trafo utama tersebut disalurkan ke system interkoneksi tenaga listrik melalui suatu gardu induk (sub-station).

Besar energi yang dapat dibangkitkan pada pembangkit listrik tenaga air ditentukan oleh 2 (dua) faktor, yaitu :

1. Beda ketinggian antara bagian atas aliran air sebelum masuk pipa pesat dengan ketinggian air saat keluar pipa pesat, atau lazim disebut sebagai Head.
2. Debit aliran air yang mengalir melalui pipa pesat  dan menggerakkan turbin

Dengan demikian untuk mengetahui besar daya listrik yang dapat dihasilkan  dari sebuah sungai atau saluran, maka diperlukan data besar laju aliran air serta head yang tersedia dari sungai tersebut. Debit atau laju aliran air adalah besar air (dalam m³ atau liter) yang mengalir per satuan waktu tertentu pada cross section dari sungai. Laju aliran air tersebut biasanya diukur dalam meter kubik per detik (m³/s) atau liter per detik (l/s).

Sedangkan yang dimaksud dengan head atau tinggi jatuh adalah perbedaan ketinggian (level) air antara reservoir atas (sebelum masuk pipa pesat) dengan ketinggian tempat terletaknya turbin air.

Disamping faktor Head dan Debit tersebut di atas, maka yang tak kalah pentingnya dalam menentukan besar daya yang akan dihasilkan oleh sebuah pembangkit listrik tenaga air adalah faktor efisiensi. Efisiensi tersebut merupakan perkalian dari efisiensi komponen-komponen yang dipakai pada seuatu pembangkit listrik tenaga air, yaitu mencakup efisiensi laju aliran air pada pipa pesat, efisiensi turbin, efisiensi sistem transmisi mekanik, efisiensi generator, transformer dan sistem transmisi energi listrik.

Daya teoritis (P) yang dapat dihasilkan oleh laju aliran air dan ketinggian tertentu berbanding lurus (proporsional) dengan head H dan laju aliran (Q), sebagai berikut :

             P  =   ρ x  g  x  Q  x  H   x  η

dimana     :  

             P    =   daya yang dihasilkan          ( kW )

             ρ    =   berat jenis air                ( kg / m³ )

             g    =   percepatan gravitasi        ( m / s² )

             Q   =    debit aliran air                 ( m³ /s )

             H    =   tinggi jatuh, head                 ( m )

              η    =  efisiensi total

Sebagai contoh dari penggunaan rumus tersebut dapat kita coba menghitung daya PLTA Saguling yang terdiri dari 4 turbin dengan kapasitas masing-masingnya 178,8 Mega Watt.

Dari brosur yang ada tercantum bahwa PLTA Saguling  mempunyai Head normal sebesar 355,7 meter dan debit pada Head normal sebesar 4 x 54,8 m3/detik.

Jika kita masukkan pada rumus di atas, maka kita akan peroleh angka sebagai berikut : 

178.800  kW  =  9,8  x   1 x  54,8 x  355,7  x  η

Sehingga kita peroleh besar efisiensi         η    =   93,60 %

Angka 93, 60 %  tersebut merupakan angka yang normal yang cukup baik dari efisiensi turbin Francis pada suatu PLTA. Hal yang sama dapat kita lakukan untuk PLTA-PLTA yang lain, yaitu dengan cara memasukkan data kapasitas daya, debit dan head pada rumus di atas, sehingga diperoleh besar efisiensi total.

                                                        ----------------------   
Artikel Lainnya :
PLTA Cirata
PLTA Bili-Bili 
PLTA Tangka Manippi 
PLTM Walesi Wamena 
PLTA Bengkok Dago
Laboratorium Tenaga Air Cipayung